El fresado es un proceso de mecanizado sustractivo común que utiliza una herramienta de corte rotatoria para cortar y darle al material la forma deseada. El fresado duro es una variante especializada de este proceso que se aplica a materiales que se han endurecido para aumentar la resistencia al desgaste y la durabilidad.
Este artículo descubre los conceptos esenciales del fresado duro, los tipos de materiales que requieren este método y las herramientas y equipos necesarios para mecanizar esos materiales duros.
Comprender el concepto de fresado duro
Si conoces un poco sobre materiales industriales, probablemente sepas que algunos se someten a un proceso de endurecimiento para aumentar su dureza y resistencia al desgaste. Estos materiales son difíciles de mecanizar con herramientas y métodos estándar. La electroerosión por hilo es una opción para cortar materiales tan duros, pero es costosa y no todos los talleres de mecanizado pueden afrontar el costo.
Hoy en día, herramientas y máquinas avanzadas pueden abordar estos materiales duros. El fresado duro se refiere al mecanizado de materiales cuyo índice de dureza está entre 45 y 65 en la escala Rockwell. A veces, este término también define Mecanizado de otros materiales duros como el titanio y algunos aleaciones de níquel, que pueden no ser tan duros en la escala de dureza, pero aún así son un desafío para las máquinas.
El fresado duro es un método controlado para mecanizar materiales. Se ocupa de la eliminación eficiente y precisa de material mediante herramientas de corte avanzadas y equipos de apoyo. La principal diferencia entre el fresado estándar y el fresado duro está en los materiales y las herramientas utilizadas. El mecanizado duro se realiza en materiales más duros y requiere herramientas de corte más afiladas y optimizadas geométricamente que eliminen el material de manera controlada.
Ventajas del fresado duro
El fresado en duro se está volviendo popular en el panorama industrial debido a su capacidad de manejar materiales duros de manera más eficiente, ahorrando tiempo y costos.
Geometrías complejas
El fresado duro utiliza herramientas afiladas y duras en máquinas CNC de varios ejes, que permiten la creación de geometrías complejas e intrincadas mediante una única configuración. No es necesario hacer malabarismos entre máquinas para realizar el trabajo.
Ahorro en costos
El fresado en duro permite ahorrar costes de dos maneras. En primer lugar, elimina los procesos de acabado como el desbaste y el rectificado, que suponen un coste adicional. En segundo lugar, el coste de preparación y de mano de obra del fresado en duro es significativamente inferior al de otras alternativas de mecanizado en duro. Alambre EDM.
Tiempo de entrega más rápido
En el fresado en duro, es posible utilizar grandes cantidades de material y, a diferencia de otros procesos tradicionales, no se necesitan procesos de acabado secundarios; la muestra está lista para su envío inmediatamente después del fresado en duro.
Acabado de la superficie
El fresado duro ha avanzado hasta un punto en el que puede rivalizar con los acabados superficiales logrados mediante el rectificado. estudio de rugosidad superficial En aceros aleados (moldes y matrices), se encontró que el acabado superficial del fresado duro era comparable al logrado mediante rectificado.
Materiales que se someten a fresado duro
Para el fresado duro, se trata de dos tipos de materiales: aquellos con un alto valor de dureza y aquellos que son difíciles de mecanizar debido a sus propiedades únicas.
A continuación se muestra una mirada más cercana a los materiales populares mecanizados mediante fresado duro.
Acero para herramientas endurecido
Los aceros para herramientas endurecidos pueden soportar el desgaste y mantener la dureza, incluso en condiciones extremas. Su dureza oscila entre 50 y 65 HRC y el fresado en duro parece una solución razonable para mecanizarlos. Los grados más comunes son D2 y A2, ambos utilizados en aplicaciones de moldes y matrices.
Aleación de acero
Estos aceros se tratan térmicamente para lograr valores de dureza adecuados para el fresado en duro, normalmente entre 45 y 55 HRC. Un ejemplo es la aleación de grado 4140, que se utiliza habitualmente para bases de moldes y cigüeñales. Otro es el 4340, que se utiliza para componentes estructurales como ejes y engranajes debido a su resistencia superior.
Súper aleaciones
Las superaleaciones como Inconel 718 son difíciles de mecanizar con los métodos habituales. Su dureza puede ser menor que la de los aceros para herramientas endurecidos, pero plantean un desafío de mecanizado que el fresado duro resuelve.
Herramientas especializadas y fresas para fresado duro
El mecanizado duro requiere prácticas únicas y herramientas especializadas que puedan soportar el desgaste y soportar altas fuerzas de corte.
Herramientas de corte de carburo
Las herramientas de corte de carburo son la base para las operaciones de fresado en condiciones duras debido a su excepcional dureza, que supera la de los materiales que se cortan. Pueden cortar fácilmente materiales con durezas de hasta 68 HRC. Las geometrías de carburo suelen tener ángulos de ataque negativos para reducir el astillado y mejorar la estabilidad del filo.
Recubrimientos de barrera térmica
Debido a la mayor dureza y a las elevadas fuerzas de fricción, el calor es un fenómeno habitual en el mecanizado. Este calor puede dañar tanto la pieza de trabajo como la propia herramienta. Para gestionar esa gran cantidad de calor, las fresas suelen llevar un revestimiento de barrera térmica de AlTiN (nitruro de aluminio y titanio).
Fresas de punta esférica
Las fresas de punta esférica tienen una punta redondeada para contornear en 3D y mecanizar superficies complejas con acabados suaves. Son especialmente útiles en la fabricación de moldes y matrices. Las fresas de punta esférica de 4 ranuras, fabricadas con carburo de nanograno, pueden manipular materiales con una dureza de hasta 70 HRC.
Herramientas CBN
El nitruro de boro cúbico (CBN) es uno de los materiales más duros disponibles para herramientas de corte, después del diamante. El CBN tiene una resistencia al desgaste notable. El mecanizado con herramientas de CBN se realiza en modo seco. Además, el carburo puede perder una parte de su dureza por encima de los 800 ℃, pero el CBN permanece inalterado al menos hasta los 1200 ℃.
Consideraciones al fresar materiales duros
Al fresar materiales duros, es recomendable tener en cuenta todos los aspectos de la herramienta de corte y el material en cuestión. A continuación, se indican algunos aspectos que se deben tener en cuenta al realizar el mecanizado en materiales duros.
Selección de herramientas y geometría
El fresado duro requiere herramientas con una resistencia al desgaste excepcional. Las fresas de carburo revestidas y las herramientas de nitruro de boro cúbico (CBN) son las opciones más comunes. Las herramientas de carburo funcionan bien para aplicaciones generales, mientras que las herramientas de CBN son mejores para materiales de alta dureza (60+ HRC) y operaciones de acabado.
La geometría de la herramienta también es importante. Las herramientas con ángulos de ataque negativos y filos de corte afilados son ideales para mantener la precisión y minimizar la generación de calor. Para el desbaste, las fresas indexables con rompevirutas potentes son una buena opción, en particular cuando se trabaja con acabados superficiales menos críticos. Seleccione el diámetro de herramienta más grande y el voladizo más corto Es posible reducir la deflexión y las vibraciones.
Dureza y maquinabilidad del material
Los componentes mecánicos y químicos del material afectan el proceso de mecanizado y las herramientas necesarias. Los aceros endurecidos (45-65 HRC) y las aleaciones como D2, Inconel y titanio requieren velocidades de corte más lentas y velocidades de avance más ligeras para evitar el desgaste y el sobrecalentamiento de la herramienta.
La maquinabilidad no depende únicamente de la dureza, sino que también está influenciada por las propiedades del material. Por ejemplo, las máquinas de acero para herramientas D2 tienen una dureza cercana a los 62-65 HRC a pesar de tener una dureza cercana a los 60 HRC debido a su alto contenido de cromo. De manera similar, las aleaciones de titanio plantean desafíos debido a su pobre disipación del calor, a pesar de que no son tan duras en la escala Rockwell.
Parámetros de corte
Los parámetros de mecanizado deben ajustarse en función de la dureza del material. A continuación, se detalla cómo deben ajustarse la velocidad, la velocidad de avance y la profundidad de corte:
- Velocidad: Para materiales de hasta 45 HRC, comience con velocidades de corte de entre 600 y 1,000 sfm. Para materiales más duros (45–58 HRC), el rango se reduce a 400 a 600 sfm. Los materiales extremadamente duros por encima de 60 HRC requieren velocidades más lentas de 200 a 400 sfm. Estos valores dependen del diámetro de la herramienta, por lo que debe calcular la velocidad del husillo utilizando el diámetro efectivo para herramientas de punta esférica o cortadores más pequeños.
- Tasa de alimentación: Las velocidades de avance deben variar según la dureza del material y el tamaño de la herramienta. Para materiales de hasta 45 HRC, el avance por diente puede ser del 3 al 4 % del diámetro de la herramienta. Para materiales de 45 a 58 HRC, redúzcalo al 2 al 3 % del diámetro de la herramienta y, para materiales de 60 HRC o más, utilice un avance más ligero del 1 al 2 % del diámetro de la herramienta. Las longitudes de herramienta extendidas o las cavidades profundas pueden requerir velocidades de avance incluso más bajas.
- Profundidad de corte: Tanto la profundidad radial (paso por encima) como la axial (paso por debajo) dependen de la dureza. Para una dureza de hasta 45 HRC, la profundidad radial puede alcanzar hasta el 50 % del diámetro de la herramienta, mientras que la profundidad axial está limitada al 10 % del diámetro de la herramienta.
Para 45–58 HRC, estos valores se reducen a 45 % radial y 7 % axial, y para 60 HRC+, manténgalos por debajo de 45 % radial y 5 % axial. Las profundidades más livianas ayudan a lograr mejores acabados superficiales y prolongan la vida útil de la herramienta.
Estrategias de enfriamiento
El refrigerante por inundación tradicional es útil en materiales más blandos, pero puede generar un choque térmico en el fresado duro. Esto sucede porque el filo de la herramienta se calienta rápidamente durante el corte y luego se enfría de repente cuando se inunda con refrigerante, lo que provoca microfracturas.
Comprimido aire acondicionado es una mejor opción para fresado duro. El enfriamiento por aire reduce la acumulación de calor sin causar choque térmico y ayuda a evacuar la viruta. refrigerantes de niebla Son otra opción. Añaden lubricación al filo de corte, reducen la fricción y mejoran aún más los acabados de la superficie. Además, estos refrigerantes no absorben el calor como el agua, por lo que evitan el efecto de enfriamiento rápido que daña las herramientas.
Métodos de trayectoria de herramientas
La eficiencia del mecanizado también depende de la trayectoria de la herramienta. Algunas estrategias de trayectoria de herramienta eficaces para el fresado en duro incluyen:
- Fresado trocoidal: Utiliza una trayectoria de herramienta circular con cortes ligeros para reducir el calor y el estrés, ideal para bolsillos profundos y áreas de difícil acceso.
- Fresado de contorno: Como sugiere su nombre, la fresadora sigue la forma de la pieza, lo que la hace ideal para el acabado de superficies curvas o complejas.
- Interpolación helicoidal:Crea características circulares como agujeros o ranuras moviendo la herramienta en una trayectoria en espiral.
- Fresado de alto avance: Utiliza herramientas con ángulos de avance bajos para lograr velocidades de avance más rápidas, lo que lo hace eficiente para desbastar áreas grandes o bolsillos profundos.
Richconn Servicios de fresado duro
Si busca servicios de fresado duro confiables, puede contar con Richconn CNC servicios de fresadoTrabajamos con precisión con más de 60 materiales, desde aceros endurecidos para herramientas hasta superaleaciones como Inconel 718. Nuestras máquinas y técnicos están equipados para trabajar incluso con los materiales más duros.
Ofrecemos 3 ejes, 4 ejes y Fresado CNC de 5 ejes, capaz de mecanizar cualquier geometría compleja o intrincada. Nuestras tolerancias son tan bajas como ±0.002 mm.
¿Tienes preguntas? ¿Necesitas ayuda con tu proyecto? Póngase en contacto con nuestras oficinas de expertos hoy para una consulta gratuita.
